CN105695870A

CN105695870A - 屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN105695870A
Application number: CN201410694943.9A
Authority: CN
Inventors: 胡恒法; 郭园园; 王慧娟; 裴新华; 王运起
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-22

Abstract

本发明涉及一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板及其制造方法，解决现有的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板存在的添加贵重合金元素造成成本增加、热轧设备能耗增加的技术问题。本发明提供的一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.11%～0.16%，Si：0.15%～0.25%，Mn:1.0%～1.3%，P≤0.018%，S≤0.008%，Nb：0.020%～0.035%，Ti:0.015%～0.025%，Alt:0.010%～0.050%，Ca：0.0015%～0.0040%，余量为铁和不可避免夹杂。本发明产品可用于建筑、海洋工程、工程机械等行业。

Description

屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种厚规格热轧钢板，特别涉及一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板及其制造方法。

背景技术

目前，抗拉强度在500MPa～550MPa的结构钢，其强化方式包括细晶强化、固溶强化和析出强化等，而细晶强化是同时提高强度和韧性的唯一手段。因此，在轧制能耗与设备能力允许条件下，细化晶粒是实现材料强韧化的基础。其次，需要通过添加合金元素实现进一步的固溶与析出强化，但这样一方面增加了钢材的合金成本，同时不可避免会造成材料韧性的下降和焊接性能的恶化。

中国专利申请200310104865.4公开了一种低碳420MPa级复合强化超细晶粒带钢，中国专利申请200310104864.X公开了一种低碳420MPa级复合强化超细晶粒带钢制备方法，两者均以细晶强化为主要方法，提出了针对屈服强度为420～450MPa，抗拉强度为530～550MPa的结构钢成分与工艺方法；在公开的制备方法中，精轧终轧温度为770～790℃，轧后卷取温度为430～470℃，尽管当前的热轧设备可以满足该工艺的要求，但会极大的增加设备的能耗，提高生产成本；此外，其未对断后伸长率和冲击功等塑性、韧性指标作出保证，限制了钢板的使用场合，特别是需要良好韧性和低温韧性的条件下的应用；也未对的成分与工艺适用的产品厚度进行明确；从钢铁企业生产实现来说，对于不同厚度的钢板，各种强化方式对最终强度的贡献率并不一致。例如，与薄钢板相比较，厚度为8mm～16mm厚钢板往往难以获得相当的精轧压下率，而且平均冷却速率也相对较低，最终晶粒尺寸通常比薄钢板要大。因此，为了获得同等强度级别的厚钢板，需要增加合金元素的用量，往往带来合金成本的增加。

因此，为了克服上述技术的不足，需要研究一种针对8mm～16mm厚规格的高强度冷成型用钢生产技术，并能实现以较低的合金成本与生产能耗成本制造。

发明内容

为了克服现有技术的不足，需要提供一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板及其制造方法，本发明通过采用合适的成分设计和热轧工艺设计，保证了材料的性能。

本发明的目的是提供一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板及其制造方法，解决现有的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板存在的添加贵重合金元素造成成本增加、热轧设备能耗增加的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.11%～0.16%，Si：0.15%～0.25%，Mn:1.0%～1.3%，P≤0.018%，S≤0.008%，Nb：0.020%～0.035%，Ti:0.015%～0.025%，Alt:0.010%～0.050%，Ca：0.0015%～0.0040%，余量为铁和不可避免夹杂。

本发明所述的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：提高碳含量，对提高强度有利，但是过高的碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对塑性和韧性不利，碳含量过高还会在钢板中心偏析带，对弯曲性能成型性不利。同时过高的碳含量增加焊接碳当量，不利于焊接加工，本发明设定的C含量为0.11%～0.16%。

硅：硅固溶在钢板基体中有明显的强化效果，但是硅含量过高对钢板塑性和韧性不利，同时硅含量过高会在热轧板表面形成严重的难以去除的Fe₂O₃，影响产品外观及后续表面处理。本发明限定Si含量为0.15%～0.25%。

锰：锰在本发明中一方面可以起到固溶强化的作用，同时能扩大γ区，降低γ→α转变温度，细化铁素体晶粒和珠光体片间距。但Mn含量高，会相应增加钢的成本，同时会形成带状偏析组织降低成型性能，也会增加碳当量，不利于焊接。本发明限定Mn含量范围为1.0%～1.3%。

硫和磷：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层，严重影响钢板的冷成型性。同时含硫量高对钢的焊接性不利。磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降。但考虑到实际工艺控制能力，本发明限定S≤0.008%，P≤0.018%。

铌：铌在本发明中的作用是提高奥氏体的再结晶温度，在精轧过程得到变形奥氏体，为后续的铁素体相变提供更多的形核核心，最终得到细化的铁素体晶粒，确保在高强度基础上保持较高的塑性和韧性及冷弯成型性。本发明限定Nb含量为0.020%～0.035%。

钛：钛在本发明中的作用一是能和钢中的氮结合成TiN，减少有力N对钢的不利影响，另一方面Ti能够阻碍焊接焊接热影响区过热区的奥氏体组织粗化，有效提高厚规格热轧产品的焊接性能。本发明限定Ti含量为0.015%～0.025%。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.01%～0.05%。

钙：钙在本发明主要起到夹杂物变形的作用，使Al₂O₃变成低熔点的钙铝酸盐，并且使长条状的MnS形态改善为球状复合夹杂物，能够有效改善钢板的塑性、韧性及弯曲成型性。本发明限定Ca含量为0.0015%～0.0040%。

一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的质量百分比为：C:0.11%～0.16%，Si：0.15%～0.25%，Mn:1.0%～1.3%，P≤0.018%，S≤0.008%，Nb：0.020%～0.035%，Ti:0.015%～0.025%，Alt:0.010%～0.050%，Ca：0.0015%～0.0040%，余量为铁和不可避免杂质；

连铸板坯于1200℃～1240℃，加热后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1070℃，粗轧控制中间坯厚度为45mm～52mm；粗轧结束后用热卷箱将中间坯卷曲后再展开进行精轧,精轧为6道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为800℃～840℃，精轧压下率大于70%；精轧后，钢板成品厚度为8～16mm，层流冷却采用前段强冷，卷取温度为500℃～570℃卷取得到成品。

本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

1、连铸板坯加热温度的设定

计算可知，板坯加热温度首先必须保证Ti等合金元素充分固溶，但是如果加热温度过高则会使原始奥氏体晶粒粗大，使钢的组织粗大，不利于成型性能，并且要消耗过多的能源。本发明设定的连铸板坯加热温度为1200℃～1240℃。

2、粗轧结束温度设定

粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。因此本发明设定粗轧结束温度为1020℃～1070℃。

3、精轧结束温度和中间坯厚度设定

本发明精轧结束温度设定的目的是通过在奥氏体临界温度（Ar₃）附近结束轧制变形厚规格热轧钢板中获得超细晶粒组织，必须要保证在较低温度(Ar₃附近)实施大变形量。通过奥氏体未再结晶区较低的温度范围内进行轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，增加晶界面积，增加相变形核核心，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。因此终轧温度过高，则无法发挥细晶强化作用，终轧温度过低，一方面增加轧机负荷，另一方面则会进入两相区轧制导致混晶的发生。因此本发明设定精轧结束温度为800℃～840℃，中间坯厚度是保证精轧有足够的压下率，但是过大的中间坯厚度会增加精轧设备的负荷，并且影响轧制速度，降低生产效率本发明设定中间坯厚度为45mm～52mm。

4、热轧卷取温度的设定

变形后快的冷却速度可以抑制铁素体晶粒长大，同时低的卷取温度还能够消除元素偏析形成的带状组织，提高厚规格热轧钢板的冷弯成型性能。但是卷取温度过低，容易形成魏氏组织反而会降低材料的塑性和韧性。综合考虑，本发明设定热轧卷取温度为500℃～570℃。

本发明得到的8～16mm厚屈服强度450MPa级热轧钢板的显微组织为细晶粒铁素体+细小珠光体，组织晶粒度级别为10～12级，热轧钢板的下屈服强度Rel≥430MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，断后伸长率A≥19%，180°冷弯试验，d=0a合格。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明通过优化材料化学成分设计，充分发挥C的强化效果，以减少合金元素的使用量，降低产品的合金成本；与此同时，通过控制S%来抑制C%增加对钢板延伸率带来的不利影响，提高了成品的延伸率。

2、本发明通过优化热连轧工艺，通过在未再结晶区的轧制变形与820^oC附近的低温终轧使奥氏体晶粒扁平化，增加晶界面积，增加相变形核核心；另一方面通过550^oC附近的低温卷取抑制铁素体晶粒长大，充分细化微观组织。获得的厚规格冷成型用钢具有低成本、高强度、高延伸率，良好的冷弯性能，8～16mm厚热轧钢板的下屈服强度Rel≥430MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，断后伸长率A≥19％，180^o冷弯试验，d＝0a合格。

附图说明

附图为本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明。

表1本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar，连铸全程吹Ar保护浇铸，浇铸成连铸板坯。

连铸板坯经加热炉再加热后，在全连续热连轧轧机上轧制，工艺控制参数见表2，先通过粗轧轧机进行粗轧轧制，粗轧控制中间坯厚度为45mm～52mm，经热卷箱将中间坯卷曲后再展开进行精轧,精轧连轧机组控制轧制后，进行控制快速冷却，然后进行卷取，生产出合格热轧板卷，钢板成品厚度为8～16mm。

表2本发明热轧工艺控制参数

热轧参数	板坯加热温度/℃	粗轧结束温度/℃	中间坯厚/mm	精轧结束温度/℃	精轧压下率/%	卷取温度/℃
							本发明	1200-1240	1020-1070	45-53	800-840	≥70	500-570
实施例1	1220	1070	53	820	71	550
							实施例2	1230	1053	49	830	72	530
实施例3	1225	1046	47	810	73	500
							实施例4	1238	1025	45	800	82	570

利用上述方法得到的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板，参照附图，热轧钢板的显微组织为细晶粒铁素体+细小珠光体，晶粒度级别为10～12级。

将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照《GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行弯曲试验，其力学性能见表3。

本发明得到的厚度为8～16mm的热轧钢板具有高强度、高延伸率的优点，同时具有良好宽冷弯性能，热轧钢板的下屈服强度Rel≥430MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，断后伸长率A≥19%，180°冷弯试验，d=0a合格。

表3本发明热轧钢板的力学性能

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板，其化学成分的质量百分比为：C:0.11%～0.16%，Si：0.15%～0.25%，Mn:1.0%～1.3%，P≤0.018%，S≤0.008%，Nb：0.020%～0.035%，Ti:0.015%～0.025%，Alt:0.010%～0.050%，Ca：0.0015%～0.0040%，余量为铁和不可避免夹杂。

2.如权利要求1所述的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板，其组织为细晶粒铁素体+细小珠光体，所述组织晶粒度为10～12级。

3.如权利要求1或2所述的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板，其8～16mm厚热轧钢板的下屈服强度Rel≥430MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，断后伸长率A≥19%，180°冷弯试验，d=0a合格。

4.如权利要求1—3任一所述的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板的制造方法，包括：

钢水经连铸得到连铸板坯；

连铸板坯于1200℃～1240℃，加热后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1070℃，粗轧控制中间坯厚度为45mm～52mm；粗轧结束后用热卷箱将中间坯卷曲后再展开进行精轧,精轧为6道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为800℃～840℃，精轧压下率大于70%；精轧后，层流冷却采用前段强冷，卷取温度为500℃～570℃卷取得到成品。

5.如权利要求4所述的屈服强度450MPa级厚规格热轧钢板的制造方法，其特征在于，精轧后，控制钢板成品厚度为8～16mm。